基于压缩感知与wsns井下应急语音通信系统设计

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1、108传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第12期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)12-0108-03基于压缩感知和WSNs的井下应急语音通信系统设计苗曙光，。一，李淮江。，刘晓文，’(1．中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221008；2．淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽淮北235000；3．中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心，江苏徐州221008)摘要：考虑到井下应急救灾的需要，设计了一种基于压缩感知和无线传感器网络(WSNs)的矿井应急语音通信系统。根据语音信号的稀疏性，采用

2、压缩感知的方法，对语音信号进行随机采样并传输，在Sink接收端，分别利用OMP算法和CoSaMP算法进行信号重构，对比仿真实验表明：CoSaMP重构效果较好。考虑到井下无线信号传输受限，进行了井下无线通信实验，表明在通信距离为20m情况下，可实时可靠地实现井下应急语音通信。关键词：应急语音通信；压缩感知；无线传感器网络；OMP；CoSaMP中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)12-0108-03Design0femergencyvoicecommunicationsystemincoalminebased0ncompressivesensingandWS

3、NsMIA0Shu．guang．LIHuai．jiang。LIUXiao．wen(1．SChoolofInformationandElectricalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008，China；2．SchoolofPhysicsandElectricInformationTechnology，HualbeiNormalUniversity，Huaibei235000，China；3．IOTPerceptionMineResearchCenter，ChinaUniversityofMiningandTec

4、hnology，Xuzhou221008China)Abstract：Inviewofcurrentstatusofemergencyreliefincoalmine，anemergencyvoicecommunicationsystembasedoncompressivesensingandWSNsisdesigned．Accordingtosparsecharacteristicofvoicesignal，methodofcompressivesensingisadoptedforvoicesignalrandomsamplingandtransmission．Inreceivingend

5、ofSink，OMPalgorithmandCoSaMPalgorithmareusedforsignalreconstructionrespectively．ThesimulationexperimentshowsthatCoSaMPisbetterthanOMP．Consideringthetransmissionofwirelesssignalislimited，undergroundwirelesscommunicationexperimentisconducted，itshowsthatinthecasesofcommunicationdistanceis20m；emergencyv

6、oicecommunicationincoalminecanberealizedinrealtimeandreliably．Keywords：emergencyvoicecommunications；compressivesensing；WSNs；OMP；CoSaMP0引言压缩感知(compressivesensingorcompressivesampling)现有的煤矿语音通信系统主要是调度电话和井下小灵采用随机采样的方法，具有较低的计算复杂度、高压缩比、通等方式，一旦发生矿难(如矿震、塌方事故等)，依靠于传较好的语音重构质量的特点，非常适合应用在能量和带宽统有线的调度电话将处于瘫痪状态，无

7、线基站无法工作。都受限无线多媒体语音传感网络。文献[2]提出了一种传但是依赖于多跳自组织网络的无线语音传感器网络可以依感器节点上实现声音信号的压缩感知方法，将传统的采样然工作，救援人员通过钻孔，放置信标节点，利用传感器网频率降低至1／5。文献[3]将压缩感知的方法应用于语音络的自愈性能，建立与井下节点的通信，开始和被困矿工语和音频信号的处理，并且证明其优越性。文献[4]首次将音通信，保障营救工作快